西安交大科研团队 在爆炸损伤对钢筋混凝土平面框架连续倒塌行为影响的研究中取得新进展
2025/09/15
14连续倒塌是指结构中由于局部构件的初始损伤或破坏而引发相邻构件的接连失效，最终导致结构产生与初始破坏不相称的大面积坍塌或整体倒塌的现象。由蓄意破坏或人为失误引发的爆炸作为结构连续倒塌的主要诱因，严重威胁着钢筋混凝土框架结构的服役安全。既有研究在分析钢筋混凝土框架的连续倒塌行为时仅考虑单一构件的完全失效，然而爆炸荷载不仅会导致框架结构中关键构件的破坏，还会同时给其相邻构件引入不同程度的初始损伤，进一步影响损伤后框架结构的连续倒塌行为和抗倒塌能力。因此开展钢筋混凝土框架在考虑构件初始损伤之后的连续倒塌行为和抗连续倒塌性能研究，对钢筋混凝土框架结构的防倒塌设计、灾害预测、性能评估及维修加固均具有重要意义。
针对上述科学问题，西安交通大学侯健教授课题组采用新型卧式加载装置开展了一系列钢筋混凝土平面框架连续倒塌试验及数值模拟分析。课题组通过文献调研确定了钢筋混凝土构件在爆炸荷载作用下的真实损伤形态，然后给边柱预制不同程度的初始损伤，分析爆炸初始损伤对钢筋混凝土平面框架倒塌行为和倒塌抗力的影响，并结合有限元方法对试验未包含的边柱损伤工况进行补充和计算。研究结果表明，随边柱初始损伤程度的提高，钢筋混凝土平面框架在悬链线受力阶段的峰值抗力逐渐降低；当边柱初始损伤程度达到65%时，由于边柱无法提供足够的侧向支撑，钢筋混凝土平面框架在进入悬链线受力阶段之前就已发生破坏；随边柱初始损伤程度的进一步增大，钢筋混凝土平面框架破坏发生的越来越早；除此之外，随边柱初始损伤程度的增加，钢筋混凝土平面框架最终失效位置由边梁-柱节点向柱底部初始损伤区域转移。
新型卧式加载装置
试件破坏模式
有限元模型
初始损伤对倒塌抗力的影响
近日，研究成果以《不同程度边柱初始损伤对钢筋混凝土平面框架竖向和水平向混合连续倒塌行为的影响》(Influence of Various Initial Side-Column Damages on the Horizontal and Vertical Mixed Progressive Collapse Behavior of RC Planar Frames)为题，发表在美国土木工程师协会(American Society of Civil Engineers, ASCE)创办的权威期刊《结构工程期刊》(Journal of Structural Engineering)上。该期刊创刊于1983年，是结构工程领域最古老和被认可度最高的期刊之一，近3年年均发文量仅272篇。人居学院侯健教授为论文通讯作者，博士生刘秉峰为论文第一作者，西安交通大学是该论文第一作者单位和唯一通讯作者单位，该研究工作获得了国家自然科学基金面上项目和陕西省重点研发计划项目的共同资助。
侯健教授课题组长期围绕极端荷载作用下工程结构倒塌机理与抗倒塌性能开展深入研究，在钢筋混凝土框架连续倒塌机理和倒塌抗力计算方法等方面均已取得系列进展，相关研究成果为工程结构的防灾减灾设计和评估提供科学依据。
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